Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Цель работы:
Изучить устройство амперметра и вольтметра, освоить метод измерения сопротивления с помощью амперметра и вольтметра.
Идея эксперимента
Определение неизвестного сопротивления с помощью амперметра и вольтметра основано на использовании закона Ома для участка цепи. Электрическая цепь для измерения сопротивления может быть собрана по одной из схем, изображенных на рис. 1 и рис. 2, которые различаются способом включения вольтметра.
|
Рис. 1 |
Рис. 2 |
Рассмотрим схему для измерения Rx, приведённую на рис.1. Через амперметр и резистор Rx течет один и тот же ток. Погрешность измерения тока определяется классом точности амперметра. Схема не вносит дополнительных погрешностей при измерении тока. Вольтметр показывает напряжение на последовательно соединённых резисторе и амперметре, т.е. показания вольтметра
U = UR + UA. (1)
Сопротивление резистора по показаниям приборов .
В действительности, сопротивление резистора Rх равно отношению напряжения на этом резисторе UR к силе тока. Из формулы (1) следует, что
,
Тогда
(2)
что, кроме того, следует из факта последовательного соединения измеряемого сопротивления и амперметра . Сопротивление амперметра в этом случае совпадает с абсолютной ошибкой, вносимой измерительной схемой:
(3)
Систематическая относительная погрешность измерения сопротивления в этом случае равна
(4)
Чем больше сопротивление резистора по сравнению с сопротивлением амперметра, тем меньше относительная ошибка измерения. Следовательно, эта схема может быть использована при измерении больших сопротивлений, когда Rx >>RA.
Рассмотрим схему на рис. 2. Эта схема не вносит дополнительной ошибки при измерении напряжения. Амперметр же определяет суммарный ток, текущий через резистор IR и вольтметр IB.
I= IR +IB (5)
Сопротивление по показаниям приборов . В действительности, сопротивление резистора равно отношению напряжения на нем к току IR, текущему через резистор Rx = U/IR. Определяя IR из формулы (5), получим:
(6)
Абсолютная погрешность, вносимая схемой
(7)
Систематическая относительная ошибка в определении сопротивления без учёта тока, проходящего по вольтметру, равна
(8)
Из формулы (8) следует, что относительная погрешность при измерении по схеме рис. 2 тем меньше, чем меньше измеряемое сопротивление по сравнению с сопротивлением вольтметра. Следовательно, эта схема может быть использована при измерении малых сопротивлений, когда Rх << RВ .
Теоретическая часть
Классификация электроизмерительных приборов
Электроизмерительную аппаратуру и приборы можно классифицировать по ряду признаков.
По назначению: приборы для измерения напряжения – вольтметры, милливольтметры; для измерения силы тока – амперметры, миллиамперметры, микроамперметры; для измерения электрической мощности – ваттметры; сопротивления – омметры и т. д.
По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, электродинамические, тепловые, индукционные, электронные, вибрационные, самопищущие, цифровые и т.д. Систему прибора можно определить по условным обозначениям, которые наносятся на лицевую сторону прибора.
Магнитоэлектрическая система.
Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Применяя различные преобразователи и выпрямители, магнитоэлектрические приборы можно использовать также для электрических измерений в цепях переменного тока высокой частоты и для измерения неэлектрических величин (температуры, давлений, перемещений и т.д.) Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток.
Электромагнитная система
Приборы электромагнитной системы предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепи переменного и постоянного тока. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой протекает измеряемый ток и подвижного железного сердечника.
Электродинамическая система
Электродинамические измерительные приборы предназначены для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного токов. Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает измеряемый ток.
Тепловая система
Принцип действия приборов тепловой системы основан на изменении длины проводника, по которому протекает ток вследствие его нагревания.
Индукционная система
Устройство приборов индукционной системы основано на взаимодействии токов, индуцируемых в подвижной части прибора с магнитными потоками неподвижных электромагнитов.
Вибрационная система
Устройство приборов этой системы основано на резонансе при совпадении частот собственных колебаний подвижной части прибора с частотой переменного тока.
Электростатическая система
Устройство приборов электростатической системы основано на взаимодействии двух или нескольких электрически заряженных проводников. Под действием сил электрического поля подвижные проводники перемещаются относительно неподвижных проводников.
Термоэлектрическая система
Эта система характеризуется применением одной или нескольких термопар, дающих под влиянием тепла, выделяемого измеряемым током, постоянный ток в измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Приборы термоэлектрической системы, в основном, применяются для измерения переменных токов высокой частоты.
Детекторная (выпрямительная) система
Устройство приборов основано на том, что переменный ток выпрямляется с помощью выпрямителя, вмонтированного в прибор. Полученный пульсирующий постоянный ток измеряется с помощью чувствительного прибора магнитоэлектрической системы.
Самопищущие приборы
Эти приборы осуществляют графическую запись с нормированной погрешностью значений одной или более измеряемых величин как функции другой переменной (например, времени) величины.
Осциллографы
Исследование быстропеременных процессов осуществляется с помощью осциллографов. Например, с помощью осциллографа можно измерять силу тока и напряжение и изменение их во времени, сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф, при применении соответствующих преобразователей, позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.
Цифровые приборы
В настоящее время получили широкое распространение цифровые приборы. Под цифровыми электроизмерительными приборами понимают приборы непосредственной оценки, основанные на принципе кодирования измеряемой величины, благодаря чему осуществляется ее дискретное представление. Эти приборы являются наиболее совершенным видом электроизмерительных устройств. Процесс измерения в них полностью автоматизирован, а дискретная система отсчета исключает возможность внесения ошибок в результат измерений.
Важнейшим достоинством цифровых приборов является наличие у них кодового выхода, что дает возможность регистрировать результат измерений с помощью цифропечатающих устройств и использовать эти результаты для ввода в ЭВМ для последующей обработки.
Разновидностью цифровых приборов являются аналого-цифровые преобразователи, в которых входной аналоговый сигнал в результате квантования и цифрового кодирования автоматически преобразуется в дискретную форму и выдается на выходе в виде кода. Аналого-цифровые преобразователи отличаются от цифровых приборов повышенным быстродействием и отсутствием отсчетного устройства.
Цифро-аналоговые преобразователи совершают обратное преобразование, при котором входной дискретный сигнал в результате декодирования автоматически преобразуется в аналоговую форму и выдается на выходе прибора в виде непрерывного сигнала.
Кроме того, к цифровым приборам относятся: вольтметры постоянного и переменного тока; омметры постоянного тока и мосты переменного тока; частотомеры и счетчики импульсов; комбинированные приборы, предназначенные для измерений нескольких параметров; специализированные приборы, предназначенные для измерения мощности, фазы, магнитного потока, магнитной индукции, а также некоторых неэлектрических параметров (расстояние, масса, скорость).
Регистрирующей частью цифровых приборов являются индикаторные неоновые лампы. Внутри каждой лампы имеется десять электродов из тонкой проволоки, выполненных в виде цифр и один общий электрод. В зависимости от величины исследуемого сигнала, напряжение подается на один из цифровых электродов, что вызывает свечение неона вблизи него.
На панели прибора расположено несколько таких ламп по числу значащих цифр измеряемой величины.
По роду измеряемого тока различают: приборы постоянного тока, переменного и обоих родов. Род тока также указывается с помощью условных обозначений на лицевой стороне прибора.
По степени точности измерения принято деление на восемь классов. Класс точности γ = εпр∙100% , где εпр – приведённая погрешность измерения. Приведенной погрешностью εпр называется отношение абсолютной погрешности Δα к предельному значению измеряемой величины , т.е. к наибольшему её значению, которое может быть измерено прибором.
(9)
Класс точности обозначается на лицевой стороне прибора числами:
0,05; 0.1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Эти числа указывают величину возможной относительной ошибки в процентах при отклонении стрелки прибора на всю шкалу. Абсолютная погрешность Δα определяется из соотношения (9):
(10)
По степени защищённости от внешних полей приборы подразделяются на три категории, которые обозначаются римской цифрой или другим знаком на лицевой стороне прибора.
Принадлежность прибора к той или иной системе обозначается условным значком на его шкале.
Условные обозначения на электроизмерительных приборах.
|
Условное обозначение |
Расшифровка |
|
Измерительный механизм магнитоэлектрической системы |
|
|
Измерительный механизм электромагнитной системы |
|
|
Измерительный механизм электродинамической системы |
|
|
Измерительный механизм индукционной системы |
|
|
Измерительный механизм электромагнитной системы с экраном |
|
|
Измерительный механизм электродинамической системы с экраном |
|
|
– |
Измерение постоянных токов и напряжений |
|
~ |
Измерение переменных токов и напряжений |
|
~ |
Измерение и постоянных и переменных токов и напряжений |
|
|
Рабочее положение вертикальное |
|
[ |
Рабочее положение горизонтальное |
|
Между корпусом и измерительной системой напряжение не должно превышать 2 кВ |
Основой электроизмерительного прибора является измерительный механизм (ИМ), имеющий отсчетное устройство, неподвижную и подвижную части и демпфер для успокоения собственных колебаний последней. Кроме ИМ прибор может содержать шунты и добавочные резисторы, расширяющие пределы измерения и размещенные в том же корпусе. На подвижную часть ИМ действует вращающий момент, возникающий под действием токов и напряжений, функционально связанных с измеряемой величиной. Для его уравновешивания используются спиральные пружинки или растяжки, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу поворота подвижной части.
В лабораторной практике часто используются многопредельные приборы, в которых путем подключения к измерительному механизму добавочных сопротивлений или шунтов достигается расширение пределов измерения по току и напряжению. Предел измерения переключается соответствующим переключателем или выбором соответствующего гнезда на панели прибора. Выбирать предел измерения рекомендуется так, чтобы отклонение стрелки прибора составляло не менее 2/3 шкалы. При переключении предела измерений изменяются предельное значение измеряемой величины и цена деления, это необходимо учитывать при практическом пользовании прибором. На шкале прибора многопредельного прибора обычно приводятся данные о токе полного отклонения при измерении различных напряжений и падение напряжения при измерении различных токов. Это позволяет определить внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра на различных пределах.
Шкалы многопредельных вольтметра и амперметра.
Работа магнитоэлектрических механизмов основана на взаимодействии магнитного поля магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом.
Рис. 3. Устройство измерительного механизма магнитоэлектрической системы
Магнитная цепь измерительного механизма с внешним магнитом (рис. 3) состоит из сильного постоянного магнита 1, полюсных наконечников с цилиндрической расточкой 3, цилиндрического сердечника 4 и магнитопровода 5, выполненных из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равномерное радиальное магнитное поле.
Подвижная часть механизма 2 представляет собой катушку (рамку) прямоугольной формы из тонкого медного или алюминиевого провода, намотанного на алюминиевый каркас (либо без каркаса), которая может поворачиваться вокруг сердечника в магнитном поле. К рамке с двух сторон приклеиваются алюминиевые буксы для закрепления растяжек или кернов. Уравновешивание подвижной части осуществляется грузиками 6. Стрелка 7 и циферблат со шкалой образуют отсчетное устройство.
При протекании по обмотке рамки постоянного тока на нее действует вращающий момент
, (*)
где – величина индукции магнитного поля в зазоре; – площадь рамки; n – число витков обмотки рамки. Учитывая, что противодействующий момент пропорционален углу поворота рамки, из выражения (*) можно найти угол отклонения, при котором наступает равновесие подвижной части ИМ
, (**)
где – коэффициент, зависящий от упругости пружинки. Коэффициент пропорциональности между углом отклонения и силой тока называется чувствительностью ИМ по току. Как следует из (**), при постоянстве индукции в зазоре чувствительность магнитоэлектрического измерительного механизма постоянна и шкала линейна.
При протекании по обмотке рамки меняющегося во времени тока i(t) выражение (1) будет описывать связь мгновенных значений тока рамки и действующего на нее вращающего момента. Если частота изменения тока намного меньше частоты собственных механических колебаний подвижной части прибора, то отклонение рамки определяется мгновенными значениями ее тока. Такой режим работы характерен для регистрирующих приборов, например самописца. Частота собственных механических колебаний рамки мала, и в большинстве случаев при проведении радиоизмерений частота тока рамки значительно превосходит ее. В этом случае угол отклонения рамки пропорционален среднему значению тока (его постоянной составляющей)
, (3)
где – период измеряемого тока или интервал усреднения, определяемый постоянной времени подвижной части ИМ, для непериодических токов.
Непосредственно магнитоэлектрический измерительный механизм, без дополнительных элементов, используют для измерения малых токов и напряжений. Для расширения диапазона измеряемых напряжений и токов используют добавочные резисторы и шунты , которые подключаются соответственно последовательно и параллельно измерительному механизму.
Для измерения переменных токов совместно с магнитоэлектрическим ИМ используют дополнительные диодные выпрямители. Это позволяет измерять средневыпрямленное значение тока
.
Достоинства магнитоэлектрических приборов:
Большой вращающий момент при малых токах – высокая чувствительность прибора, линейная шкала прибора, высокие классы точности, малое энергопотребление, нечувствительность к внешним магнитным полям и высокочастотным наводкам.
Недостатки магнитоэлектрических приборов:
Сложность конструкции, высокая стоимость, при протекании большого тока, тонкий провод рамки прибора может сгореть, при подключении прибора нужно строго соблюдать полярность, для использования в цепях переменного тока необходимы преобразователи.
Рис.4. Устройство измерительного механизма электромагнитной системы
Устройство электромагнитного механизма показано на рис. 4. Работа его основана на взаимодействии подвижного ферромагнитного сердечника 2, эксцентрично укрепленного вместе со стрелкой на оси 3, с неподвижной катушкой 1, обтекаемой током. Спиральная пружинка используется только для создания противодействующего момента. Угол поворота стрелки такого прибора пропорционален квадрату тока, протекающего через катушку:
,
поэтому шкала у электромагнитного измерительного прибора неравномерная. Обычно в электромагнитных механизмах форма сердечника подбирается так, что шкала практически равномерная, начиная с 15–20% ее конечного значения.
Электромагнитные амперметры и вольтметры измеряют среднеквадратическое значение тока или напряжения и могут использоваться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. При работе прибора на переменном токе в сердечнике и окружающих металлических частях возникают вихревые токи, размагничивающие сердечник. Поэтому показания прибора электромагнитной системы при измерении переменного тока несколько меньше, чем при измерении постоянного. При частоте 50 Гц это различие невелико, но оно увеличивается с ростом частоты тока.
Достоинства электромагнитных механизмов.
Пригодность для работы в цепях постоянного переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции, нет необходимости соблюдать полярность включения.
Недостатки электромагнитных механизмов.
Неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое потребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.
Рис. 5. Измерительный механизм электродинамической системы
Работа измерительных механизмов электродинамической системы основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами – неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов и возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпали.
Неподвижная катушка 1 обычно выполняется из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Благодаря этому обеспечиваются требуемая конфигурация магнитного поля и удобство расположения оси. Неподвижная и подвижная катушки механизма (обычно бескаркасные) имеют круглую или прямоугольную фор му и изготавливаются из медного или алюминиевого провода. Подвижная катушка укрепляется на опорах или растяжках. Для подвода тока к подвижной катушке используются спиральные пружины или растяжки. Применяются стрелочные или световые указатели.
Собственное магнитное поле электродинамических механизмов, силовые линии которого замыкаются по воздуху, невелико. На электродинамические механизмы влияют внешние магнитные поля. Для защиты от них применяется экранирование, т.е. измерительный механизм помещают внутри одного или двух экранов из ферромагнитного материала.
Шкала приборов электродинамической системы также нелинейна, однако на практике удается сделать шкалу электродинамических приборов равномерной начиная с 15...20 % от конечного ее значения.
Электродинамические амперметры и вольтметры измеряют среднеквадратическое значение тока или напряжения и поэтому могут использоваться для измерений в цепях не только постоянного, но и переменного тока.
Электродинамические приборы являются наиболее точными среди других приборов переменного тока, поскольку в них отсутствуют ферромагнитные элементы, а следовательно, отсутствуют и погрешности, связанные с нелинейностью и нестабильностью ферромагнетиков. Класс точности этих приборов – до 0,05 и лучше. Столь малая погрешность, однако, имеет место только на низких частотах (до 1,5 кГц), где не сказывается влияние индуктивности катушек.
Достоинства электромагнитных механизмов.
Возможность работы на постоянном и переменном токе. Хорошая точность при работе на переменном токе.
Недостатки электромагнитных механизмов.
Нелинейная шкала, малая чувствительность и сравнительно большое энергопотребление.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Рис. 6. Устройство измерительного механизма электростатической системы
В электростатических механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. Следовательно, в данном механизме в отличие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому в основном электростатические механизмы применяются в приборах, измеряющих напряжение, вольтметрах.
Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатических вольтметров связано с изменением емкости системы. Распространение получили два вида механизмов: изменение емкости в одних осуществляется за счет изменения активной площади электродов, а в других – за счет изменения расстояния между электродами. Первые применяются в щитовых и переносных вольтметрах на напряжения от десятков до сотен вольт, вторые – в щитовых киловольтметрах.
Устройство механизма с изменением активной площади электродов схематически показано на рис. 6. Неподвижная часть состоит из симметрично расположенных и электрически соединенных электродов 1. Секторообразная пластина 2 вместе с указателем 3, укрепленная на оси, образуют подвижную часть. Под действием подведенного к электродам напряжения U создается электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля была наибольшей.
Чувствительность измерительного механизма электростатической системы мала, что не позволяет создать прибор с пределом измерения меньше 10 В.
Собственное электрическое поле электростатического вольтметра незначительное, поэтому на работу прибора сильное влияние оказывают внешние электрические поля. Для уменьшения этого влияния приборы экранируют. Экраном может служить корпус прибора, если он металлический. Если корпус выполнен из пластмассы, то экраном служит металлическая фольга из немагнитного материала или алюминиевая краска, которой покрывается внутренняя поверхность корпуса. Экран соединяется с одним из электродов и заземляется.
Чувствительность электростатических механизмов мала. Для ее повышения подвижную часть укрепляют на растяжках или на подвесе, применяют оптический световой отсчет, а также увеличивают емкость механизма, делая его многокамерным.
На электростатические вольтметры почти не влияют температура, частота и форма кривой приложенного напряжения и внешние магнитные поля.
Собственное потребление мощности вольтметра на переменном токе мало, а при включении в цепь постоянного тока равно нулю.
Перечисленные свойства электростатических вольтметров обусловливают их применение в широком частотном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.
Достоинства электростатических приборов.
Приборы электростатического типа имеют высокое входное сопротивление, малую, но переменную входную емкость, малую потребляемую мощность, широкий частотный диапазон. Данные приборы могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока. Показания приборов соответствуют среднеквадратическому значению измеряемой величины, и показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала.
Недостатки электростатических приборов.
Приборы имеют квадратичную шкалу, малую чувствительность из-за слабого электростатического поля и невысокую точность. Кроме того, приборы требуют применения экрана и не исключают возможность электрического пробоя.
Рис. 7. Устройства демпферов:
а) воздушный; б) магнитоиндукционный; в) жидкостный.
Для обеспечения требуемого времени успокоения подвижной части в аналоговых приборах применяют различные устройства, создающие успокаивающий момент. К ним относятся воздушный, магнитоиндукционный или жидкостный успокоители. Воздушный успокоитель (рис. 7а) применяется, главным образом, в приборах старых разработок, имеющих подвижную часть на оси с противодействующими пружинами. Он представляет собой закрытую камеру 1, внутри которой перемещается при движении подвижной части легкое алюминиевое крыло 2, жестко укрепленное на оси 3 подвижной части измерительного механизма. Между алюминиевым крылом 2 и корпусом 1 имеется небольшой зазор. При движении крыла воздух перемещается из одной части камеры в другую, создавая успокаивающий момент, способствующий оптимальному успокоению подвижной части прибора. Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 7б) состоит из неподвижного постоянного магнита 1 с магнитопроводом 2 (возможно применение нескольких постоянных магнитов) и крыла успокоителя 3, жестко скрепленного с подвижной частью прибора. Крыло успокоителя выполнено из немагнитного материала, обычно алюминия.
При движении подвижной части, а следовательно, и крыла успокоителя в последнем при пересечении поля постоянного магнита наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с полем постоянного магнита создает успокаивающий момент.
Магнитоиндукционный успокоитель по конструкции проще воздушного успокоителя и более удобен при регулировке успокаивающего момента. Однако применение магнитоиндукционного успокоителя возможно лишь в приборах, где поле постоянного магнита не будет оказывать существенного влияния на работу измерительного механизма.
Жидкостный успокоитель применяется, главным образом, в приборах, имеющих малые размеры по высоте, однако в последнее время его стали применять и в приборах обычного габарита. Жидкостный успокоитель (рис. 7в) состоит из двух дисков. Диск 1 укрепляется на подвижной части прибора, а диск 2 – на неподвижной части. Зазор между дисками обычно составляет 0,1–0,15 мм. Между дисками заливается специальная маловысыхающая кремнийорганическая жидкость 3. Жидкость в зазоре удерживается поверхностным натяжением. Для предотвращения вытекания жидкости из зазора поверхности дисков, соприкасающиеся с жидкостью, тщательно полируются.
Благодаря определенной вязкости применяемой жидкости при движении подвижной части, т. е. при вращательном движении диска 1 относительно диска 2, из-за трения между слоями жидкости возникает успокаивающий момент.
Расширение пределов измерения физической величины прибором
Важной характеристикой электроизмерительного прибора является его внутреннее сопротивление, которое обычно приводится на лицевой стороне прибора.
Цена деления определяет значение измеряемой прибором физической величины, которое вызывает отклонение стрелки прибора на одно деление шкалы.
Амперметр включается в цепь последовательно, а для расширения предела измерений амперметра в n раз к нему параллельно присоединяют проводник, называемый шунтом.
Сопротивление шунта Rш можно рассчитать по формуле:
,
где RA – внутреннее сопротивление амперметра, a n – число, показывающее, во сколько раз возрастает предел измерения и, следовательно, цена деления прибора.
Вольтметр включается в цепь параллельно, а для увеличения предела измерений вольтметра в n раз последовательно с измерительной системой прибора включается добавочное сопротивление Rд.
Добавочное сопротивление определяется по формуле:
Rд=RB(n–1),
где RВ – внутреннее сопротивление вольтметра.
Очень часто приборы, используемые в лабораторном практикуме, снабжаются набором шунтов и добавочных сопротивлений, вмонтированных в корпус прибора, которые можно легко менять в процессе работы, производя переключения на самом приборе. Многопредельный прибор такого типа заменяет несколько однотипных приборов с различными интервалами измерения. Для определения цены деления нужно выбранный с помощью переключателя предел измерения прибора разделить на число делений шкалы прибора N0. Каждому пределу измерения соответствует своя цена деления.
Для определения измеряемой величины α нужно отсчет N, взятый по шкале прибора, умножить на цену деления. Таким образом,
С изменением предела прибора меняется и величина абсолютной погрешности, допускаемой при измерениях этим прибором.
Проведение эксперимента
|
№ |
I, A |
U, B |
, Ом |
Rx, Ом |
ΔRx, Ом |
δ |
ΔR, Ом |
ε |
|
№ |
I, A |
U, B |
, Ом |
Rx, Ом |
Δ Rx, Ом |
δ |
ΔR, Ом |
ε |
, (11)
где ΔU и ΔI – абсолютные погрешности, вычисленные по формуле (10), а U и I – измеренные значения напряжения и тока. Из формулы (11) найдите абсолютную ошибку ΔR = ε∙Rx
R= Rx±ΔR.
Контрольные вопросы
+
–
A
R
Rx
+
–
V
A
R
Rx